Karbonatlı Kaynak Kayalarda Petrol Oluşumu ve Atılması: Karaboğaz ve Karababa Formasyonları, Adıyaman Bölgesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2000
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Cengiz Soylu
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Mehmet Namık YALÇIN
Özet:ÖZET "KARBONATLI KAYNAK KAYALARDA PETROL OLUŞUMU VE ATILMASI: KARABABA VE KARABOĞAZ FORMASYONLARI, ADIYAMAN BÖLGESİ" Türkiye'nin en önemli petrol üretim bölgesi olan Adıyaman bölgesinde çeşitli petrol sahaları bulunmaktadır. Bu sahalarda bulunan petrollerin önemli fiziksel ve kimyasal değişimler göstermelerine karşın, Coşkunsel-2 petrolü hariç, karbonatlı bir kaynak kayadan türedikleri belirlenmiştir. Adıyaman bölgesinde Derdere Formasyonu'nun sferoidal formlu seviyesi, Karababa-A Üyesi, Karaboğaz Formasyonu ve Sayındere Formasyonu'nun alt seviyeleri kaynak kaya potansiyeline sahiptir. Ancak, gerek bölgesel yayılımlan, gerekse kaynak kaya potansiyelleri açısından bölgedeki petrollerin kaynak kayası olabilecek iki birim bulunmaktadır. Bunlar Karababa-A Üyesi ve Karaboğaz Formasyonu'dur. Petrol-kaynak kaya korelasyonları ile Adıyaman bölgesinde bulunan petrollerin, Coşkunsel-2 petrolü hariç, esas kaynak kayasının Karaboğaz Formasyonu olduğu belirlenmiştir. En az Karaboğaz Formasyonu kadar kaynak kaya potansiyeline sahip olmasına rağmen, Karababa-A Üyesi 'nin petrol birikimleri üzerinde önemli bir katkısının gözlenmemesi bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Bu sorunun bazı olası nedenleri ise a) bu birimden petrol türememiş, b) veya petrol türemiş, ancak etkili bir atılma gerçekleşmemiş, c) veya atılan petrol miktarı çok azdır ve d) veya petrol atılma yaşı kapan oluşum yaşmdan daha önce olması olabilir. Bu olasılıkları araştırarak tanımlanan soruna bir çözüm getirebilmek amacıyla bu çalışma sürdürülmüştür. Çalışmada hem daha önceki veriler kullanılmış, hem de bu çalışma özelinde çeşitli analizler yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında önce mevcut petroller gruplandırılmış, petrol-kaynak kaya korelasyonu ile sorun bu kez ayrıntılarıyla tanımlanmıştır. Daha sonra bölgedeki petrol sisteminin unsur ve süreçleri değerlendirilerek soruna cevap aranmıştır. Bu kapsamda Karababa-A Üyesi ve Karaboğaz Formasyonu'nun kaynak kaya potansiyelleri ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Daha önce yapılan çalışmalarda bulunan sonuçlara paralel olarak Karaboğaz Formasyonu'nun Adıyaman bölgesi petrollerinin kaynak kayası olduğu doğrulanmıştır. Karababa-A Üyesi sadece Coşkunsel-2 kuyusunda saptanmış petrolün kaynak kayasıdır. Kaynak kaya analizleri bölgede belirlenen 7 kuyuda yapılmıştır. Bu kuyular Alidağ-2, Bucak- 1, Coşkunsel-2, Çemberlitaş-14, K. Akçeli-1, Karakuş- 10 ve O.Sungurlu-1/A kuyularıdır. Karababa-A Üyesi'nin ve Karaboğaz Formasyonu'nun organik madde miktarı ve tipi benzerlikler göstermektedir. Her iki birim de ağırlıklı olarak amorf organik madde ve düşük yüzdelerde ve değişken oranlarda otsu, odunsu ve kömürsü organik madde içermektedir. Moleküler olarak saptanan en büyük farklılık diasteran bileşiklerinin miktarları olmaktadır. Karababa-A Üyesi'nde yüksek miktarlarda diasteran bileşikleri bulunurken, Karaboğaz Formasyonu'nda çok az xivmiktarda diasteran bileşikleri vardır. Ayrıca organik maddelerin kükürt bileşikleri miktarları da farklıdır. Karababa-A Üyesi 'ndeki organik madde kükürt bileşiklerince zengin iken, Karaboğaz Formasyonu'nun organik maddesinde kükürt bileşikleri çok az miktardadır. Bu iki birimin olgunlaşma düzeyleri de benzerdir. Bu nedenlerle her iki birimde kaynak kaya potansiyeline sahiplerdir. Ancak, Karababa-A Üyesi 'nden türeyecek petroller kükürt bileşiklerince de zengin olacaktır. Hidrokarbon türüm potansiyellerindeki olası miktar ve oluşan ürünlerdeki bileşim farklılıklarmın saptanması amacıyla, her iki birimdeki hidrokarbon türümünün ayrıntıları çeşitli piroliz yöntemleri yardımıyla incelenmiştir. Kinetik çalışmaları için Karababa-A Üyesi'ni temsil eden bir adet (Besni- 1 kuyusu) ve Karaboğaz Formasyonu'nu temsil eden bir adet (Karaköprü-1 kuyusu) örnek seçilmiştir. Tek-basamakh piroliz-gaz kromatografi (Py-GC) analizleri, Karababa-A Üyesi için Besni- 1 ve Coşkunsel-2, Karaboğaz Formasyonu için Karaköprü-1 ve Beşikli-6; çok-basamaklı Py-GC analizleri ise Durukaynak-2 (Karababa-A Üyesi) ve Sahabe- 1 (Karaboğaz Formasyonu) kuyularından derlenen örnekler üzerinde yapılmıştır. Kinetik çalışmalar ile Karababa-A Üyesi 'nde Karaboğaz Formasyonu'na göre petrol türümünün daha düşük aktivasyon enerjisinde, yani daha düşük sıcaklıklarda başlayacağı bulunmuştur. Benzer şekilde, maksimum petrol türümünün de daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşeceği belirlenmiştir. Tek basamaklı Py-GC analiz sonuçlan da bu bulguyu desteklemektedir. Düşük karbon sayılı hidrokarbonlar, hem düşük, hem de yüksek olgunluk seviyesine sahip Karababa-A Üyesi örneklerinde gözlenirken, Karaboğaz Formasyonu'nda bu bileşikler gözlenmemektedir. Çok basamaklı Py-GC analiz sonuçlan olgunlaşma sürecinde bu iki birimin türeteceği hidrokarbonların bileşimlerinin farklı olacağım göstermiştir. Karababa-A Üyesi 'nin türeteceği petrol yüksek sıcaklıklara kadar benzer bileşimde olacaktır. Buna karşılık, Karaboğaz Formasyonu artan sıcaklıkla beraber daha düşük karbon sayışma sahip hidrokarbonlara baskın olacağı bir petrol türetecektir. Bu nedenle, farklı olgunlaşma düzeyinde atılmalarda ciddi bileşimsel farklıklar gözlenecektir. Ancak, bu iki birim en son olgunlaşma aşamasında benzer bileşimde petrol türetebilir özelliklerdedir. Çalışmanın ikinci aşamasında iki birimin farklı atılma etkinliklerine sahip olma olasılığım araştınlmıştır. Bu kapsamda önce Karababa-A Üyesi ve Karaboğaz Formasyonu içerisinde Etkili Kaynak Kaya Entervalleri (EKKE zonlan), yani atılmanın gerçekleştiği seviyeler tanımlanmıştır. Daha sonra petrofizik analizleri (civa porozimetresi, spesifik yüzey alanı tayinleri ve SEM) ile birimlerin petrofiziksel özellikleri belirlenmiştir. EKKE zonlannm belirlenmesinde Rock-Eval piroliz analizlerinde elde edilen PI, TOC ve Sl/TOC parametreleri kullamlmıştır. TOC değeri artarken Üî değerinin azaldığı ve Sl/TOC oranının l'den düşük olduğu seviyeler EKKE zonlan olarak değerlendirilmiştir. Karababa-A Üyesi ve Karaboğaz Formasyonu'nda EKKE zonlannm gözlenmesi bu iki birimden de petrolün atıldığım göstermektedir. Petrofiziksel incelemeler ile Karababa-A Üyesi'nin Karaboğaz Formasyonu'na göre daha düşük XVgözenek hacmına ve daha küçük gözenek yarıçaplarına sahip olduğu belirlenmiş ve bu nedenlerle Karababa-A Üyesi 'nin daha sıkı bir birim olduğu yorumuna gidilmiştir. Daha sıkı oluşunun nedeni olarak birincil dokusal özelliklerinin yam sıra erken ve hızlı bir atılmanın olabileceği düşünülmüştür. Karaboğaz Formasyonu'nda gözlenen mikroçatlaklann atılma için yollar oluşturduğu ve atılmanın bu mikroçatlaklar yoluyla gerçekleştiği belirlenmiştir. Birimlerin atılma etkinliğini ve atılma sırasında petrolde ne gibi bileşimsel değişimlerin meydana geldiğini araştırmak amacıyla Bucak- 1 kuyusundan derlenen örnekler üzerinde çeşitli jeokimyasal analizler yapılmıştır. En fazla atılma doymuş hidrokarbonlarda, en az atılma ise aromatik hidrokarbonlarda gözlenmektedir. NSO bileşikleri bu ikisinin ortasında yer almaktadır. Pr/Ph oram da atılma ve göç sırasmda değişmekte olup, göç sırasında bu oran azalmaktadır. Çalışmanın üçüncü aşamasında Alidağ-2, Bucak- 1, Coşkunsel-2, K. Akçeli-1 ve Karakuş- 10 kuyularında belirlenen EKKE zonlanmn hidrokarbon türümü ve atılması tarihçeleri, türeyen ve atılan hidrokarbon miktarları ve atılma etkinlikleri tek-boyutlu havza modellemesi çalışmaları ile belirlenmiştir. Bu amaçla IFP ve BEICIP- FRANLAB tarafından geliştirilen GENEX Single Well Version 2.2 yazılımı kullanılmıştır. Modelleme çalışmalarında birimlere özgün kinetik ve petrofîziksel parametreler kullanılmıştır. Genel olarak, türeyen hidrokarbon miktarı Karababa-A Üyesi 'nde, Karaboğaz Formasyonu'na göre daha fazladır. Karababa-A Üyesi'nde EKKE zonlanmn gözlendiği dört kuyudan en fazla petrol türümü Coşkunsel-2 kuyusunda gerçekleşmiştir. Karaboğaz Formasyonu'nda ise en fazla hidrokarbon türümünün Karakuş- 10 kuyusunda meydana geldiği bulunmuştur. Hidrokarbon atılma miktarları ve tarihçeleri de farklılıklar göstermektedir. Alidağ-2, Bucak- 1, Coşkunsel-2 ve K. Akçeli-1 kuyularında Karababa-A Üyesi 'nden petrol türümü gerçekleşmiş iken, sadece Coşkunsel-2 kuyusunda bu birimden petrol atılmıştır. Karaboğaz Formasyonu'ndan ise Alidağ-2, Bucak- 1, K. Akçeli-1 ve Karakuş- 10 kuyularında petrol türemiş iken, K. Akçeli-1 ve Karakuş- 10 kuyularında petrolün atılması gerçekleşmiştir. Önceki bölümlerde tartışıldığı gibi EKKE zonlan petrolün atıldığı zonlar olarak tanımlanmıştır. Ancak, modelleme çalışmalarında bu EKKE zonlanndan birçoğunda petrol atılmamış olarak görülmektedir. Bu, EKKE zonlan olarak tanımlanan seviyelerde mikro ölçekte olan atılmalann da saptanabildiğinin göstermektedir. Modelleme çalışmalarındaki atılma ise olasılıkla makro boyuttaki atılmalardır. Yani, modelleme çalışmalan ekonomik anlamda bir atılmayı göstermektedir. Burada en büyük etken oluşan hidrokarbon miktandır. Kullanılan yazılımın bir gereği olarak, çok düşük hidrokarbon türüm miktarlannda atılma gözlenememektedir. Modelleme çalışmalannda atılmanın gözlenemediği EKKE zonlannda da petrol türemiş ve atılmıştır. Ancak, modelleme çalışmalannda atılmanın gözlenemediği EKKE seviyelerinde türeyen ve atılan petrol miktan çok azdır. Birimlerin atılma etkinlikleri de farklılık göstermektedir. Atılma etkinliği Karababa-A Üyesi'nde % 56 iken, Karaboğaz Formasyonu'nda % 15 civarındadır. xviModelleme çalışmaları petrol türümünün Karababa-A Üyesi 'nde Karaboğaz Formasyonu'ndan daha önce gerçekleştiğini göstermiştir. Ancak, hem Karababa-A Üyesi'nden, hem de Karaboğaz Formasyonu'ndan petrolün atılması son 10 milyon yılda gerçekleşmiştir. Bu nedenle bölgede bulunan hem Kretase yaşlı, hem de Miyosen yaşlı kapanlarda petrol bulma imkanı vardır. Karababa-A Üyesi'nin Adıyaman bölgesinde bulunan petrol birikimleri üzerinde fazla bir etkisinin olmamasının nedeninin Karababa-A Üyesi'nin içerdiği organik madde karakteristikleri ve petrofiziksel nitelikleri olduğu sonucuna varılmıştır. Karababa-A Üyesi çok küçük gözenek hacmına ve dar gözenek yarıçapına sahip olan sıkı bir birimdir. Bu nedenle, daha düşük sıcaklıklarda Karababa-A Üyesi'nde türeyen petrol atılma için gerekli doygunluk seviyesine kısa sürede ulaşmış ve sistemi hızlı bir şekilde ve çok küçük miktarlarda terk etmiş olmalıdır. Böyle bir durumda, çok sayıda faz sırasında veya hatta sürekli olarak küçük miktarlarda atılan petrol saçılmış ve petrol birikimleri üzerinde ekonomik anlamda bir etkisi olmamıştır. Önerilen bu atılma modeli, Karababa-A Üyesi'nin petrofiziksel özellikleri ve içerdiği organik maddenin petrol türüm karakteristiklerinden türetilmiştir. Bu modelin incelenen kuyular dışındaki Karababa-A Üyesi'nin daha olgun olduğu havza kesimlerinde de etkili olduğu düşünülmektedir. Bu kesimlerde petrol türümünün incelenen kuyulara oranla daha önce başlamış oluşu, önerilen çok fazlı veya sürekli atılma modelinin gerçekleşmesi için gerekli sürenin bulunmasını sağlamış olmalıdır. Buna karşın, Coşkunsel-2 kuyusundaki modelleme çalışmaları, yükselime yakın alanlarda da Karababa-A Üyesi'nin termal tarihçesi ve dolayısıyla petrol türümünün zaman ve miktarı ile sıkışmanın gelişiminin, bu birimde de atılma için gerekli doygunluğun ve diğer koşulların, Karaboğaz Formasyonu'nda olduğu gibi etkili bir atılmaya neden olabilecek şekilde gelişmiş olabileceğini göstermiştir. Ancak, bu koşulların bir araya gelme olasılığının son derece küçük olduğu, bölgede Karababa-A Üyesi kökenli bir petrol birikiminin bulunmayışıyla desteklenmektedir. xvıı